Изменение микроэлементов костной ткани при нейтральном

Б.Д. Исаков, А.Н. Ерохин, У.М. Исмаилов, А.Т. Джумуков, М.А. Айтымбетов
УДК 617-089
ИЗМЕНЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ КОСТНОЙ ТКАНИ
ПРИ НЕЙТРАЛЬНОМ ОСТЕОСИНТЕЗЕ МЕТОДОМ ИЛИЗАРОВА В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ
Б.Д. Исаков, А.Н. Ерохин, У.М. Исмаилов, А.Т. Джумуков, М.А. Айтымбетов
Рассматривается тесная зависимость поврежденной костной ткани от микроэлементного состава при формировании костного регенерата. При дефиците некоторых микроэлементов отмечено удлинение сроков
консолидации, вплоть до развития ложного сустава.
Ключевые слова: эксперимент; высокогорье; микроэлементы; аппарат Илизарова; регенерат.
DYNAMICS OF TRACE ELEMENTS IN BONE TISSUE DURING NEUTRAL OSTEOSYNTHESIS
BY ILIZAROV’S METHOD UNDER MOUNTAIN CONDITIONS
B.D. Isakov, A.N. Erokhin, U.M. Ismailov, A.T. Dzhumukov, M.A. Aytymbetov
The article deals with the close dependence of damaged bony tissue on trace element composition during formation of bone graft. Deficiency of certain trace elements leads to a lengthening of consolidation, up to development of false joint.
Key words: experiment; highlands; trace element; Ilizarov apparatus; graft.
Актуальность проблемы. Интерес к изучению микроэлементного пула костной ткани возникает вследствие того, что кость является основным депо неорганических ионов в организме. Содержание неорганических катионов в кости влияет
на важнейшие процессы метаболизма организма
в целом. Известно, что при травматизации костной ткани активизируется каскад метаболических
реакций, направленный на десорбцию макрои микроэлементов из кости. Работ, направленных
на исследование обмена микро- и макроэлементов
в экстремальных условиях в доступной нам литературе, мы не встретили, что и явилось предметом
настоящей работы.
Состав важнейших макроэлементов для организма здорового человека включает шесть макробиотиков – это кальций, хлор, калий, магний, нат­
рий, фосфор, а также более 70 микроэлементов –­
микробиотиков [1]. Экзогенная обеспеченность
организма макро- и микроэлементами везде одинаковая, они не синтезируются в организме, в основном поступают с пищевыми продуктами и водой, при этом обмен минеральных веществ тесно
связан с их содержанием в воде [2]. Остеотропные
макро- и микроэлементы являются важнейшими структурными составляющими костной ткани
и играют важную роль в реализации регенератор-
ной активности кости при физиологических и патологических состояниях [3]. В горных условиях
мик­роэлементный обмен приобретает фазные изменения. При этом важным фактором является
и то, что в процессе адаптации к условиям высокогорья, употребляют талоснеговую, т. е. практически дистиллированную воду. Сама по себе
проблема влияния минерального состава воды на
морфофункциональное состояние и микроэлементный состав кости известна давно. Для улучшения посттравматической регенерации костей издавна используются курортные минеральные воды
Северного Кавказа, Карловых Вар и т. д. Известно
также, что при гиперминерализации воды (более
2 г на литр) ускоряется процесс старения организма и формируется старческий остеопороз [4].
Материал и методы. Исследования проведены
на 68 взрослых беспородных собаках обоего пола
в возрасте 1–3 года массой 10–15 кг в весенне-летний период и длиной голени не менее 15 сантимет­
ров. Тридцать две собаки составили первую экспериментальную группу животных с переломами
костей голени, которым посредством аппарата Илизарова на голени, в условиях низкогорья в г. Бишкек
(760 м над ур. м.), экспериментально смоделирован
нейтральный остеосинтез. Вторая часть экспериментальных животных (36 собак) была доставлена
Вестник КРСУ. 2014. Том 14. № 4
83
Медицина
на п. Туя-Ашуу, расположенный на высоте 3200 м
над ур. м., где им было проведено аналогичное оперативное вмешательство. До начала экспериментов
в высокогорных условиях животные проходили карантинный контроль в течение 2-х недель. Все животные содержались на стандартном полноценном
рационе вивария без ограничения доступа к питьевой воде. Методика оперативного вмешательства
была стандартной, использованной нами в проведенных ранее исследованиях [5].
В трубчатых костях и дистракционном регенерате был изучен микроэлементный состав методом
эмиссионной атомно-абсорбционной спектрографии. Исследование проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS 1 N (Германия).
Содержание макро- и микроэлементов в кости
и костном регенерате определяли в растворах полученных после влажного озоления образцов в смеси
азотной и хлорной кислот [6]. Атомно-абсорбционные исследования проводили по 5 аналитическим
параллелям. При обработке фактических данных
вычисляли среднюю и ошибку средней, использовали параметрический и непараметрический критерии
(t-критерий Стьюдента и критерий Уилкоксона) для
непарных выборок. Уровень статистически значимых различий считали достоверным при Р < 0,05.
Результаты и их обсуждение. Наблюдения
за экспериментальными животными, которым
был проведен нейтральный остеосинтез в условиях низкогорья, выявили нестабильность в зоне
перелома. Животные после снятия аппарата имели
щадящий стереотип движения со снижением опороспособности оперированной конечности и ограничением подвижности. Это обусловливало снижение нагрузки на оперированный сегмент. Кроме
этого, наглядно изменялась походка и геометрия
оперированной конечности, наблюдалась микроподвижность кости в зоне перелома. В группе, где
исследования проводились на перевале Туя-Ашуу,
эти изменения были более выражены. В связи
с этим нами был исследован регенерат конечности,
в частности его минеральный матрикс.
Молибден необходим для поддержания активности ферментов, участвующих в процессах детоксикации организма. Он выступает основным
регулятором обмена мочевой кислоты, играет роль
катализатора работы ряда антиокислителей, в том
числе витамина С, участвует в тканевом дыхании.
Молибден, совместно с ионами меди и железа,
влияет на обмен фтора в дентине и костной ткани
зубов, предотвращая развитие кариеса. Он увеличивает потерю меди с мочой. Молибден является
антагонистом железа, меди и марганца. Недостаток молибдена в организме может развиться вследствие нарушений в обмене железа и сопровож­
дается уменьшением содержания в тканях
ксантиноксидазы. При недостатке молибдена страдают анаболические процессы пуринового обмена,
наблюдается ослабление иммунной системы. Дефицит молибдена приводит к увеличению азотис­
тых соединений в организме и, как следствие,
к развитию подагры и образованию камней в почках, солей в суставах. По полученным нами данным
(таблица 1) содержание молибдена в зоне перелома
у животных высокогорной серии ниже, чем низкогорной. Он не обнаруживался в пробах высокогорной серии, начиная с 15-х суток и до конца эксперимента. К концу эксперимента в низкогорной серии
его содержание незначительно отличается от показателей группы сравнения. Недостаток молибдена,
на наш взгляд, может приводить к нарушению обмена серосодержащих аминокислот, которые являются необходимыми для биосинтеза всех фибриллярных белков, в том числе и коллагена.
Кремний является жизненно важным микроэлементом, необходимым для твердости костей,
Таблица 1 – Количество некоторых ультрамикроэлементов в костной ткани
и зоне перелома у собак, полученном в условиях низко- и высокогорья при нейтральном остеосинтезе
Элемент
Ti
Mo
Si
Al
Здоровые животные
г. Бишкек (Контроль)
0,26±0,026
0,471±0,019
0,05±0,014
0,0056±0,0007
Ti
Мо
Si
Al
0,26±0,026
0,471±0,019
0,05±0,014
0,0056±0,0007
В низкогорных условиях
3-й день
7-й день
15-й день
0,116±0,005*
0
0
0
0,29±0,02*
0,57±0,016*
0,036±0,007*
0,866±0,053*
0,054±0,014
0,006±0,001
0,0045±0,005*
0,003±0,0*
В высокогорных условиях
0,12±0,0*
0,12±0,0*
0,12±0,0*
0
0,4±0,035
0
0,05±0,0003
0
0,012±0,002*
0,0075±0,0003*
0,0025±0,001*
0,0011±0,007*
Примечание. *– изменения достоверны по сравнению с контрольной группой.
84
Вестник КРСУ. 2014. Том 14. № 4
30-й день
0
0,35±0,017*
0,053±0,001
0,003±0,0*
0,12±0,0*
0
0,043±0,001*
0,0053±0,0001*
Б.Д. Исаков, А.Н. Ерохин, У.М. Исмаилов, А.Т. Джумуков, М.А. Айтымбетов
подвижности суставов и хорошего состояния кожи
и ее придатков (волос, потовых и сальных желез,
ногтей). В организме человека содержится около 7 граммов кремния, преимущественно в виде
остатков ортокремниевой кислоты в соединительной ткани. Данный микроэлемент входит в состав
гликозаминогликанов и их белковых комплексов,
коллагена, которые формируют и стабилизируют
каркас соединительной ткани. Кремний также необходим для формирования основного вещества
кости и хряща, минерализации костной ткани. Он
является основным ионом остеогенных клеток, которые формируют костную ткань молодых некальцифицированных костей.
С процессом “созревания” костной ткани содержание кальция и фосфора в костях увеличивается, а кремния снижается. Существует мнение,
что кремний замедляет процессы реабсорбции
костной ткани при остеопорозе и препятствует всасыванию алюминия из пищеварительного тракта,
снижая его токсическое действие. По нашим данным, количество кремния в зоне регенерата животных низкогорной серии практически не отличалось
от здоровых животных. У животных высокогорной серии количество этого элемента было значимо ниже – 0,043 ± 0,001* г/л. против исходного
0,05 ± 0,0014 г/л.
Алюминий – металл, проявляющий токсичность
в отношении нервной и костной ткани при его накоплении в организме. Он влияет на метаболизм
костной ткани: вытесняет кальций из кости и препятствует минерализации остеоида. Кроме того, он
подавляет действие паратиреоидного гормона в отношении остеобластов и нарушает механизм ремоделирования костной ткани. Возникающая при этом
остеомаляция наиболее часто проявляется болью
в костях, особенно в области поясничного отдела позвоночника, усилением поясничного лордоза
и патологическими переломами. В нашем исследовании количество алюминия значимо снижалось
в течение эксперимента в зоне перелома у животных
низкогорной серии. У животных высокогорной серии количество алюминия повышалось на 3-и сутки
эксперимента и соответствовало уровню здоровых
животных на 30-е сутки (0,0053 ± 0,0001* г/л).
Титан. Наличие его в организме [7] и в костной ткани было установлено ещё в 1899 г. Биологическая роль титана для костной ткани выяснена
не до конца. В организм титан попадает с водой
и пищей. При накоплении титана в костях повышается его содержание в крови, что приводит к эозинопении, нейтропении, лимфоцитопении, угнетению
костно-мозгового кроветворения. Следует отметить,
также широкое применение для металлоостеосин-
теза титановых конструкций. Накопление титана
в костной ткани нарушает в ней тканевое дыхание.
И чем больше титан накапливается в костях, тем выше активность альдолазы и аланин-аминотрансферазы, при одновременном снижении в костной ткани окислительно-восстановительных процессов [8].
В нашем исследовании в низкогорной серии концентрация титана, начиная с 7-го дня, ниже предела чувствительности аппарата, а высокогорной серии его
концент­рация на всем протяжении эксперимента более чем в два раза ниже уровня контрольной группы.
Выводы
1. При нейтральном остеосинтезе перелома кос­
тей голени аппаратом Илизарова в условиях
высокогорья наблюдается удлинение сроков
консолидации костной ткани.
2. Процесс чрескостного нейтрального остеосинтеза в горных условиях характеризуется
нарушением макро- и микроэлементного обмена, что создает предпосылки для формирования ложного сустава.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Литература
Биологическая роль макро- и микроэлементов
в организме ребенка, диагностика, коррекция
и профилактика дисэлементозов: метод. рекомендации / Сост.: Н.В. Нагорная, Е.В. Бордюкова, А.В. Дубовая. Донецк, 2010. 39 с.
Скальный А.В. Биоэлементы в медицине /
А.В. Скальный, И.А. Рудаков. М.: Изд. дом
“ОНИКС 21 век”; Мир, 2004. 272 с.
Громова О.А. Нейрохимия макро- и микроэлементов. Новые подходы к фармакотерапии /
О.А. Громова, А.В. Кудрин. М.: Алев-В, 2001. 300 с.
Подрушняк Е.П. Ультраструктурные и функциональные изменения костной ткани при старении /
Е.П. Подрушняк, Е.И. Суслов // Ортопедия, травматология и протезирование. М.; Харьков, 1999.
№ 8. С. 31–37.
Ерохин А.Н. Особенности системы гемостаза
в условиях высокогорья при чрескостном дистракционном остеосинтезе методом Илизарова
/ А.Н. Ерохин, Б.Д. Исаков, С.А. Джумабеков //
Саратовский научно-медицинский журнал. 2012.
Т. 8. № 2. С. 308–312.
Обухов А.И. Атомно-абсорбционный анализ в поч­­
венно-биологических исследованиях / А.И. Обухов, И.О. Плеханова. М.: Изд-во МГУ, 1991. 184 с.
Baker P.F. Calcium electrodedetermination of ioni­
zed Ca and Ca-buffering capacity of squidaxoplasm //
J. Physiol. 2002. Vol. 341. Р. 615–618.
Barish M.E. Calcium buffering and slow kinetics of
calcium-dependent outward current in molluscanneurones // J. Physiol. 2002. Vol. 337. P. 201–219.
Вестник КРСУ. 2014. Том 14. № 4
85